Απόλυτο μηδέν

Το απόλυτο μηδέν είναι η θερμοκρασία στην οποία τα σωματίδια της ύλης (μόρια και άτομα) βρίσκονται στα χαμηλότερα ενεργειακά τους σημεία. Ορισμένοι πιστεύουν ότι στο απόλυτο μηδέν τα σωματίδια χάνουν κάθε ενέργεια και σταματούν να κινούνται. Αυτό δεν είναι σωστό. Στην κβαντική φυσική υπάρχει κάτι που ονομάζεται ενέργεια μηδενικού σημείου, το οποίο σημαίνει ότι ακόμη και μετά την αφαίρεση όλης της ενέργειας από τα σωματίδια, τα σωματίδια εξακολουθούν να έχουν κάποια ενέργεια. Αυτό οφείλεται στην αρχή της αβεβαιότητας του Χάιζενμπεργκ, η οποία δηλώνει ότι όσο περισσότερα γνωρίζουμε για τη θέση ενός σωματιδίου, τόσο λιγότερα μπορούμε να γνωρίζουμε για την ορμή του, και το αντίστροφο. Επομένως, ένα σωματίδιο δεν μπορεί να σταματήσει εντελώς, διότι τότε θα ήταν γνωστή η ακριβής θέση και ορμή του.

Ορισμένοι άνθρωποι έχουν δημιουργήσει θερμοκρασίες πολύ κοντά στο απόλυτο μηδέν: η θερμοκρασία ρεκόρ ήταν 100 pK (εκατό picokelvin, ίσο με 10-10 kelvin) πάνω από το απόλυτο μηδέν. Ακόμα και το να πλησιάσει κανείς το απόλυτο μηδέν είναι δύσκολο, επειδή οτιδήποτε αγγίζει ένα αντικείμενο που ψύχεται κοντά στο απόλυτο μηδέν θα έδινε θερμότητα στα αντικείμενα. Οι επιστήμονες χρησιμοποιούν λέιζερ για να επιβραδύνουν τα άτομα όταν ψύχουν αντικείμενα σε πολύ χαμηλές θερμοκρασίες.

Οι κλίμακες θερμοκρασίας kelvin και Rankine ορίζονται έτσι ώστε το απόλυτο μηδέν να είναι 0 kelvin (K) ή 0 βαθμοί Rankine (°R). Οι κλίμακες Κελσίου και Φαρενάιτ ορίζονται έτσι ώστε το απόλυτο μηδέν να είναι -273,15 °C ή -459,67 °F.

Σε αυτό το στάδιο η πίεση των σωματιδίων είναι μηδενική. Εάν σχεδιάσουμε μια γραφική παράσταση σε αυτήν, μπορούμε να δούμε ότι η θερμοκρασία των σωματιδίων είναι μηδέν. Η θερμοκρασία δεν μπορεί να μειωθεί περαιτέρω. Επίσης, τα σωματίδια δεν μπορούν να κινηθούν ούτε "αντίστροφα", διότι, καθώς η κίνηση των σωματιδίων είναι δόνηση, η δόνηση αντίστροφα δεν θα ήταν τίποτα άλλο παρά απλώς δόνηση ξανά. Όσο πιο κοντά στο απόλυτο μηδέν φτάνει η θερμοκρασία ενός αντικειμένου, τόσο μικρότερη είναι η αντίσταση του υλικού στον ηλεκτρισμό, επομένως θα άγει τον ηλεκτρισμό σχεδόν τέλεια, χωρίς μετρήσιμη αντίσταση.

Ο τρίτοςνόμος της Θερμοδυναμικής λέει ότι τίποτα δεν μπορεί ποτέ να έχει θερμοκρασία απόλυτου μηδενός.

Ο Δεύτερος Νόμος της Θερμοδυναμικής λέει ότι όλες οι μηχανές που κινούνται με θερμότητα (όπως οι μηχανές των αυτοκινήτων και οι ατμομηχανές των τρένων) πρέπει να απελευθερώνουν θερμότητα και δεν μπορούν να είναι 100% αποδοτικές. Αυτό συμβαίνει επειδή η απόδοση (ποσοστό της ενέργειας που καταναλώνει ο κινητήρας και χρησιμοποιείται πραγματικά για να κάνει τη δουλειά του κινητήρα) είναι 100%×(1-Toutside/Tinside), η οποία είναι 100% μόνο αν η εξωτερική θερμοκρασία είναι το απόλυτο μηδέν, πράγμα που δεν μπορεί να συμβεί. Έτσι, ένας κινητήρας δεν μπορεί να είναι 100% αποδοτικός, αλλά μπορείτε να κάνετε την απόδοσή του πιο κοντά στο 100% κάνοντας την εσωτερική θερμοκρασία θερμότερη ή/και την εξωτερική θερμοκρασία ψυχρότερη.

Ερωτήσεις και απαντήσεις

Ερ: Τι είναι το απόλυτο μηδέν;

Ερ: Το απόλυτο μηδέν σημαίνει ότι τα σωματίδια χάνουν κάθε ενέργεια και σταματούν να κινούνται;

Ερ: Ποιο είναι το ρεκόρ θερμοκρασίας που επιτυγχάνεται κοντά στο απόλυτο μηδέν;

Ερ: Πώς ψύχουν οι επιστήμονες αντικείμενα σε πολύ χαμηλές θερμοκρασίες;

Ερ: Πώς ορίζονται οι κλίμακες Κελσίου και Φαρενάιτ σε σχέση με το απόλυτο μηδέν;

Ερ: Τι λέει ο τρίτος νόμος της θερμοδυναμικής για το απόλυτο μηδέν;

Ερ: Πώς μπορεί να αυξηθεί η απόδοση ενός κινητήρα πιο κοντά στο 100%;

Αναζήτηση με γράμμα